1.4 三相异步电动机的基本控制电路

1.4.1 基本控制环节

（1）自锁控制

自锁控制电路如图1-32所示。

当按下SB₂启动按钮时，电流经SB₁、SB₂到达线圈KM，接触器动作，接触器的主触点和辅助触点均闭合，电动机开始运转。松开SB₂时，电流经SB₁、KM的辅助触点到达线圈KM，线圈保持一直得电。这种依靠接触器的辅助触点使线圈保持一直得电的方式称为自锁控制。当按下SB₁停止按钮时，线圈KM失电，所有触点返回，电动机停止转动。

这个电路是单向自锁控制电路，它的特点是，起动、保持、停止，所以称为“起、保、停”控制电路。

（2）点动控制

实际生产中，生产机械常需要进行点动控制，如机床调整对刀和刀架、立柱的快速移动等。所谓点动，指按下起动按钮，电动机转动；松开按钮，电动机停止运动。与之对应的，若松开按钮后能使电动机连续工作，则称为长动。区分点动与长动的关键是控制电路中控制电器通电后能否自锁，即是否具有自锁触点。控制电路如图1-33所示。

生产实际中，有的生产机械既需要连续运转进行加工生产，又需要在进行调整工作时采用点动控制，这就产生了点动、长动混合控制电路。

（3）点动/长动混合控制

生产实际中，有的生产机械既需要连续运转进行加工生产，又需要在进行调整工作时采用点动控制，这就产生了点动、长动混合控制电路。常用控制方式如图1-34所示。

（4）多地点与多条件控制线路

多地点控制是指在两地或两个以上地点进行的控制操作，多用于规模较大的设备，为了操作方便常要求能在多个地点进行操作。在某些机械设备上，为保证操作安全，需要多个条件满足，设备才能工作。这样的控制要求可通过在电路中串联或并联电器的常闭触点和常开触点来实现。

多地点控制按钮的连接原则为：常开按钮均相互并联，组成“或”逻辑关系，常闭按钮均相互串联，组成“与”逻辑关系，任一条件满足，结果即可成立。遵循以上原则还可实现三地及更多地点的控制，电气控制线路如图1-35a所示。多条件控制按钮的连接原则为：常开按钮均相互串联，常闭按钮均相互并联，所有条件满足，结果才能成立，遵循以上原则还可实现更多条件的控制，电气控制线路如图1-35b所示。

（5）顺序控制线路

有多台电动机拖动的机械设备，在操作时为了保证设备的运行和工艺过程的顺利进行，对电动机的起动、停止，必须按一定顺序来控制，这就称为电动机的顺序控制，这种情况在机械设备中是常见的。例如，有的机床的油泵电动机要先于主轴电动机起动，主轴电动机又先于切削液电动机起动等。电气控制线路如图1-36所示。

（6）正反转控制线路

生产实践中，许多设备均需要两个相反方向的运行控制，如机床工作台的进退、升降以及主轴的正反向运转等。此类控制均可通过电动机的正转与反转来实现。由电动机原理可知，电动机三相电源进线中任意两相对调，即可实现电动机的反向运转，电气控制线路如图1-37所示。

接触器KM₁和KM₂触点不能同时闭合，以免发生相间短路故障，因此需要在各自的控制电路中串接对方的常闭触点，构成互锁。

电动机由正转到反转，需先按停止按钮SB₁，在操作上不方便，为了解决这个问题，可利用复合按钮进行控制，采用复合按钮，还可以起到联锁作用，这是由于按下SB₂时，只有KM₁可得电动作，同时KM₂回路被切断。同理按下SB₃时，只有KM₂可得电动作，同时KM₁回路被切断。电气控制线路如图1-38所示。

但只用按钮进行联锁，而不用接触器常闭触点之间的联锁，是不可靠的。在实际中可能出现这样的情况，由于负载短路或大电流的长期作用，接触器的主触点被强烈的电弧“烧焊”在一起，或者接触器的机构失灵，使衔铁卡住总是在吸合状态。这都可能使主触点不能断开，这时如果另一接触器动作，就会造成电源短路事故。

如果用的是接触器常闭触点进行联锁，不论什么原因，只要一个接触器是吸合状态，它的联锁常闭触点就必然将另一接触器线圈电路切断，这就能避免事故的发生。

1.4.2 三相异步电动机起动控制

（1）笼型异步电动机直接起动控制线路

对容量较小，并且工作要求简单的电动机，如小型台钻、砂轮机、冷却泵的电动机，可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。

一般中小型机床的主电动机采用接触器直接起动，接触器直接起动电路分为两部分，主电路由接触器的主触点接通与断开，控制电路由按钮和辅助常开触点控制接触器线圈的通断电，实现对主电路的通断控制。电气控制线路如图1-39所示。

直接启动的优点是电气设备少，线路简单。实际的直接启动电路一般采用空气开关直接启动控制。对于容量大的电动机来说，由于启动电流大，会引起较大的电网压降，所以必须采用减压启动的方法，以限制启动电流。

（2）笼型异步电动机降压起动控制线路

容量大于10kW的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的4～7倍，故一般均需采取相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。常用的降压起动方式有定子电路串电阻降压起动、星形-三角形（Y-△）降压起动和自耦变压器降压起动。

①星形-三角形降压起动控制电路

正常运行时，定子绕组为三角形联结的笼型异步电动机，可采用星形-三角形的降压起动方式来达到限制起动电流的目的。起动时，定子绕组首先联结成星形，待转速上升到接近额定转速时，将定子绕组的联结由星形联结成三角形，电动机便进入全压正常运行状态。电气控制线路如图1-40所示。

②定子串电阻降压起动控制电路

电动机串电阻降压起动是电动机起动时，在三相定子绕组中串接电阻分压，使定子绕组上的压降降低，起动后再将电阻短接，电动机即可在全压下运行。这种起动方式不受接线方式的限制，设备简单，常用于中小型设备和用于限制机床点动调整时的起动电流。电气控制线路如图1-41所示。

③自耦变压器降压起动控制电路

在自耦变压器降压起动的控制线路中，电动机起动电流的限制，是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。电动机起动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压通过接触器直接加于定子绕组，电动机进入全压运行的正常工作。电气控制线路如图1-42所示。

1.4.3 三相异步电动机制动控制

三相异步电动机从切除电源到完全停止运转。由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、电梯等，为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，对电动机进行制动控制。制动方法一般有两大类：机械制动和电气制动。电气制动中常用反接制动和能耗制动。

（1）反接制动控制线路

反接制动控制的工作原理：改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现制动。反接制动要求在电动机转速接近零时及时切断反相序的电源，以防止电动机反向起动。

反接制动过程为：当想要停车时，首先将三相电源切换，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。电气控制线路如图1-43所示。

控制线路中停止按钮使用了复合按钮SB₁，并在其常开触点上并联了KM₂的常开触点，使KM₂能自锁。这样在用手转动电动机时，虽然KS的常开触点闭合，但只要不按复合按钮SB₁，KM₂就不会通电，电动机也就不会反接于电源，只有按下SB₁，KM₂才能通电，制动电路才能接通。因电动机反接制动电流很大，故在主回路中串入电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。

（2）能耗制动控制线路

能耗制动控制的工作原理：在三相电动机停车切断三相交流电源的同时，将一直流电源引入定子绕组，产生静止磁场。电动机转子由于惯性仍沿原方向转动，则转子在静止磁场中切割磁力线，产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩，实现对转子的制动。电气控制线路如图1-44所示。

反接制动时，制动电流很大，因此制动力矩大，制动效果显著，但在制动时有冲击，制动不平稳且能量消耗大。能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗少，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需提供直流电源。在实际使用时，应根据设备的工作要求选用合适的制动方法。

1.4.4 三相异步电机调速控制线路

实际生产中，对机械设备常有多种速度输出的要求，通常采用单速电动机时，需配有机械变速系统以满足变速要求。当设备的结构尺寸受到限制或要求速度连续可调时，常采用多速电动机或电动机调速。

根据三相异步电动机的转速公式：

得出三相异步电动机的调速可使用改变电动机定子绕组的磁极对数，改变电源频率或改变转差率的方式。

三相笼型电动机采用改变磁极对数调速。当改变定子极数时，转子极数也同时改变。笼型转子本身没有固定的极数，它的极数随定子极数而定。电动机变极调速的优点是，它既适用于恒功率负载，又适用于恒转矩负载，线路简单，维修方便；缺点是有级调速且价格昂贵。

改变定子绕组极对数的方法如下。

1）装一套定子绕组，改变它的连接方式，得到不同的极对数。

2）定子槽里装两套极对数不一样的独立绕组。

3）定子槽里装两套极对数不一样的独立绕组，而每套绕组本身又可以改变它的连接方式，得到不同的极对数，如图1-45所示。

调速控制线路如图1-46所示。